DE202004012370U1

DE202004012370U1 - Massenspektrometer

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Publication number: DE202004012370U1
Application number: DE202004012370U
Authority: DE
Original assignee: Micromass UK Ltd
Current assignee: Micromass UK Ltd
Priority date: 2003-08-18
Filing date: 2004-08-06
Publication date: 2004-11-18
Anticipated expiration: 2014-08-07
Also published as: GB2406211A; GB0319347D0; GB2406211B; JP2005134374A; CA2477066A1; CA2477066C; US20050061968A1; DE102004038356A1; GB0418337D0; US8093553B2

Abstract

Ionendetektor für ein Massenspektrometer, umfassend
einen Detektor, der bei der Verwendung in Reaktion auf die Ankunft eines Ions oder mehrerer Ionen an dem Detektor ein Signal erzeugt;
Mittel zur Feststellung einer ersten Zeit, zu der eine Anstiegsflanke oder eine ansteigende, erste oder initiale Flanke des Signals einen ersten Schwellenwert oder ein erstes Schwellenniveau kreuzt oder übersteigt;
Mittel zur Feststellung einer zweiten Zeit, zu der eine Abfallflanke oder eine abfallende, zweite oder nachfolgende Flanke des Signals einen zweiten Schwellenwert oder ein zweites Schwellenniveau kreuzt oder unter dieses fällt; und
Mittel zum Kombinieren oder Mitteln bzw. Durchschnittswertbilden der ersten und zweiten Zeit zur Bereitstellung einer Ionenankunftszeit.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Ionendetektor und ein Massenspektrometer In einem Flugzeit-Massenananlysator werden Gruppen von Ionen veranlasst, in eine feldfreie Flugregion mit im wesentlichen der gleichen kinetischen Energie einzutreffen. Ionen mit unterschiedlichen Masse-Ladungs-Verhältnissen werden daher mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten durch die Flugregion hindurchgehen und einen an dem Ende der Flugregion angeordneten Detektor zu unterschiedlichen Zeiten erreichen. Die Masse-Ladungs-Verhältnisse der Ionen können durch Bestimmung der Transit- bzw. Durchgangszeiten der Ionen durch die Flugregion bestimmt werden.
Mikrokanalplattendetektoren („MCP"), Diskretdynodenelektronenvervielfacher oder Kombinationen derartiger Vorrichtungen sind am häufigsten als Ionendetektoren in Flugzeit-Massenspektrometern im Einsatz. Diese Detektoren erzeugen eine Gruppe von Elektronen in Reaktion bzw. ansprechend auf ein am Ionendetektor ankommendes Ion. Die durch den Ionendetektor in Reaktion auf eine Ionenankunft erzeugten Elektronen werden auf einer oder mehreren Sammelelektroden oder Anoden, die mit einem Ladungserfassungsdiskriminator verbunden sind, gesammelt. Das durch den Ladungserfassungsdiskriminator in Reaktion auf die Elektroden, die auf die Sammelelektrode auftreffen, erzeugte Signal wird im allgemeinen unter Verwendung eines mit Mehrfachstop-Zeit-Digital-Umwandlungs-Aufzeichnungsgerätes („TDC") aufgenommen. Die Uhr bzw. der Takt des TDC-Aufzeichnungsgerätes wird gestartet, sobald eine Gruppe von Ionen erstmals in die Flugregion des Flugzeit-Massenspektrometers eintritt. Ereignisse, die in Reaktion auf die Ladungserfassungsdiskriminator-Ausgabe aufgenommen werden, nehmen die Transit- bzw. Durchgangszeit der Ionen durch die Flugregion auf. Eine bekannte 10 GHz TDC-Vorrichtung kann die Ankunftszeit eines Ions an dem Ionendetektor innerhalb einer Zeit bzw. mit einer Genauigkeit von ± 100 ps aufnehmen.
Zur Herstellung eines vollständigen Massenspektrums werden Gruppen von Ionen wiederholt in die Flugregion gepulst bzw. pulsartig in diese eingebracht. Die Durchgangszeiten von sämtlichen der Ionen durch die Flugregion, wie sie durch die TDC-Aufzeichnungsvorrichtung aufgenommen werden, werden zur Herstellung eines Histogramms der Anzahl von Ionenankünften als Funktion der Masse-Ladungs-Verhältnisse der Ionen verwendet.
In einem typischen Ionendetektor mit einem Paar von Mikrokanalplattendetektoren wird eine Gruppe von Elektroden, die aus den Mikrokanalplattendetektoren freigegeben wird und auf eine Sammelelektrode, die zur Aufnahme der Elektronen angeordnet ist, auftrifft, eine Signaleingabe für einen Diskriminator mit einer im Wesentlichen gaußschen Form erzeugen. Im Allgemeinen weisen derartige Einzelionenspitzen bzw. -peaks normalerweise eine FWHM-Breite (Breite der Kurve bei halber Höhe) von zwischen 0,5 und 3 ns auf. Der durchschnittliche Bereich des Ionenpeaks wird von der Verstärkung des Ionendetektors abhängen. Wie Fachleute verstehen werden, wird es eine Verteilung von Ionenpeakbereichen und somit Ionenpeakzwischenorte bzw. Intersites geben, die mit der Detektion von Ionen unter Verwendung eines Mikrokanalplattendetektors verbunden sind, selbst wenn die Ionen identische Masse-Ladungs-Verhältnisse und Geschwindigkeiten aufweisen. Diese Verteilung entsteht aufgrund der statistischen Natur der Elektronenmultiplikation bzw. -vervielfachung in der Miktrokanalplatte oder anderen Formen von Detektoren und der Sättigungscharakteristika des Vervielfachers. Für ein Paar von Mikrokanalplattendetektoren, die bei einer Verstärkung von etwa 10⁷ betrieben werden, ist diese Pulshöhenverteilung („PHD") selbst im Wesentlichen gaußförmig. Die Impulshöhenverteilung an einer Mikrokanalplatte wird im Allgemeinen beschrieben als die mittlere Höhe bzw. Stärke des Signals als Prozentsatz des FWHM-Wertes der Verteilung der aufgenommenen bzw. aufgezeichneten Ionenhöhen. Für diese bestimmte Detektorkonfiguration ist eine Impulshöhenverteilung von 100 – 150 % FWHM üblich. Wenn Mikrokanalplattendetektoren bei geringer Verstärkung betrieben werden oder Diskretdynodenelektronenvervielfacher oder Photovervielfacher verwendet werden, weist die Pulshöhenverteilung bzw. Impulshöhenverteilung eine unterschiedliche Charakteristik auf, nämlich eine negativ exponentielle Verteilung. Auf jeden Fall wird offensichtlich, dass eine signifikante Verteilung der Ionensignalintensitäten für Ankünfte von einzelnen Ionen auftritt, die in irgendeiner Weise durch die Diskriminatorelektronik kompensiert bzw. berücksichtigt werden muß.
Zwei Hauptarten von Diskriminatoren werden üblicherweise in Massenspektrometern verwendet. Die einfachste Art von Diskriminator ist der Leading-Edge-Detektor bzw. Anstiegsflankendetektor. Die Ankunftszeit eines Ions wird aufgezeichnet, wenn die Anstiegsflanke eines Ionensignals einen vorbestimmten Intensitätsschwellenwert erreicht oder übersteigt. Ein Zählwert von 1 wird dann zu einem Histogramm der Intensität gegen die Flugzeit zu der speziellen Flugzeit, die mit dem Überschreiten des Intensitätsschwellenwertes durch das Ionensignal verbunden ist, hinzuaddiert. Digitale Elektronik innerhalb der Architektur eines Vielfachstop-Zeit-Digital-Umwandler-Aufzeichnungsgerätes wird dann eingerichtet, um zu reagieren, wenn das Signal von der Sammelelektrode (nach Verstärkung) den Wert eines voreingestellten Intensitätsschwellenwertes übersteigt.
Der andere wesentliche Typ von Diskriminator ist ein Konstantfraktionsdiskriminator („CFD") oder ein Nulldurchgangs-Diskriminator (d. h. Peakspitze). Die Ankunftszeit eines Ions wird aufgezeichnet, wenn das Ionensignal einen vorbestimmten Prozentsatz der maximalen Höhe des Ionensignals übertrifft oder erreicht. In dem besonderen Fall eines Peakspitzendiskriminators ist dieser Anteil bzw. diese Fraktion 100 % der Maximalhöhe des Ionensignals. Der Begriff Nulldurchgang bezieht sich auf den Punkt, bei dem das erste Differential des Ionensignals einen Nulldurchgang aufweist.
Es gibt zwei wesentliche Nachteile bei der Verwendung von Anstiegsflanken- bzw. Digital-Leading-Edge-Detektions-diskriminatoren. Ein erstes Problem besteht darin, dass die Impulshöhenverteilung, die mit einem Ionendetektor assoziiert ist, zu einer Zeitverteilung oder einem Zittern in der für Ionenankünfte aufgenommenen Zeit führt. Beispielsweise wird ein erstes Ion, dass zu einer Zeit T1 an dem Ionendetektor ankommt, ein Ionensignal mit einer maximalen Höhe H1 erzeugen. Ein derartiges Ionensignal wird durch einen voreingestellten Intensitätsschwellenwert zu einem Zeitpunkt T1' hindurchgehen, und ein Ereignis wird in dem nächsten entsprechenden Zeitfenster bzw. Zeit-Bin (Timebin) des TDC aufgenommen werden. Ein weiteres Ion, das zum gleichen Zeitpunkt T1 beim Ionendetektor ankommt, kann jedoch ein maximales Signal einer Höhe H2 erzeugen, welche größer als H1 ist. Entsprechend wird ein derartiges Ionensignal den voreingestellten Intensitätsschwellenwert zu einem etwas früheren Zeitpunkt T1" passieren. Das durch den TDC aufgezeichnete Ereignis wird daher in einem früheren Zeit-Fenster des TDCs verglichen mit demjenigen des ersten Ions aufgenommen werden. Die Größe dieses Zeit-Zitterns (time-jitter) hat eine Beziehung zu dem Gradienten der Anstiegsflanke des Ionensignals und der Impulshöhenverteilulng des Detektors. Dieser Effekt führt zu einer Abnahme der Massenauflösung in dem abschließenden Histogramm und somit des Massenanalysators.
Ein zweites Problem bei der Verwendung eines Leading-Edge-Detektionsdiskriminators liegt darin begründet, dass das Ionensignal unter den voreingestellten Intensitätsschwellenwert fallen muß, bevor ein weiteres Ion detektiert bzw, nachgewiesen werden kann, d. h. bevor die Anstiegsflanke eines zweiten Ionensignal aufgrund eines weiteren Ions, das an den Ionendetektor ankommt, aufgezeichnet werden kann. Für Einzelionen-Peakbreiten von 2,5 ns FWHM kann dies zu einer Totzeit von bis zu 5 ns führen. Diese Totzeit bezieht sich auf die Zeit, nach der ein Ion an dem Ionendetektor angekommen ist und aufgezeichnet wird, und während welcher Zeit keine weiteren Ionenankünfte aufgezeichnet werden können.
Vielfach-Stop-TDCs sollten Idealerweise derart betrieben werden, dass das Eingangssignal für etwa zwei Zeitfenster oberhalb des voreingestellten Intensitätsschwellenwerts verbleibt, damit ein Ereignis aufgezeichnet wird. Zusätzlich sollte das Signal für bzw. über zwei Zeitfenster unterhalb des voreingestellten Intensitätsschwellenwertes verbleiben, bevor ein zweites Ionenankunftsereignis aufgezeichnet werden kann. Diese Anforderung führt zu einer inhärenten Totzeit, die mit TDCs verbunden ist, die mit der Digitalisierungs-geschwindigkeit verbunden bzw. assoziiert ist. Die mit einer einzigen Ionenpeakbreite assoziierte Totzeit ist im Allgemeinen länger als die inhärente Todzeit eines TDC, wenn Taktraten bzw. Taktfrequenzen > 1 GHz verwendet werden.
Wenn zwei Ionen identische Masse-Ladungs-Verhältnisse aufweisen und an dem Ionendetektor aus der gleichen Gruppe von Ionen, die in die Flugzeit-Region gepulst wird bzw. wurde, ankommen, und an dem Ionendetektor während einer Totzeitperiode ankommen, wird die Ankunft des zweiten Ions nicht aufgezeichnet werden. Wenn das Analyt-Signal besonders intensiv ist, dann ist die Anzahl von Ionen mit dem gleichen Masse-Ladungs-Verhältnis in der gleichen Ionengruppe, die in die Flugzeit-Region gepulst wird, möglicherweise entsprechend groß, mit dem Ergebnis, dass ein signifikanter Anteil von Ionen, die an dem Ionendetektor ankommen, nicht detektiert wird. Der Masse-Ladungs-Verhältnis-Wert, der in dem abschließenden Massenhistogramm gemessen wird, wird daher in Richtung geringerer Masse-Ladungs-Verhältnisse verschoben sein, und die Gesamtzahl von Ionen, die aufgenommen wird, wird kleiner als die wahre Anzahl von Ionen, die an dem Ionendetektor ankommen, sein. Wenn ferner mehr als ein Ion an dem Ionendetektor ankommt und einen geringeren zeitlichen Abstand als der FWHM-Wert eines einzelnen Ionenimpulses aufweist, werden die sich ergebenden Ionensignale kombinieren, und eine Ionensignaleingabe für den Diskriminator erzeugen, die im Allgemeinen größer als diejenige für eine einzelne Ionenankunft ist. Die Verwendung eines festen, voreingestellten Intensitätsschwellenwertes zur Feststellung der Ionenankunftszeit wird daher zu einem zusätzlichen systematischen Schift (Verschiebung) in Richtung zu niedrigeren aufgezeichneten Masse-Ladungs-Verhältnissen führen.
Es ist möglich, einige dieser Probleme unter Verwendung eines Konstantfraktionsdiskriminators anzugehen, der zur Aufzeichnung einer Ionenankunft, wenn das Ionensignal einen bestimmten Prozentsatz der maximalen Peakhöhe überschreitet, eingestellt ist. Dies ermöglicht eine Minimierung des mit der Impulshöhenverteilung des Ionendetektors verbundenen Zitterns bzw. Jitters. In ähnlicher Weise kann die systematische Verschiebung in Richtung geringerer Masse-Ladungsverhältnisse, die mit den Höhen von Mehrfach-Ionenankünften verbunden ist, ebenfalls minimiert werden.
Die Verwendung eines Peakspitzendiskriminators der im Wesentlichen ein Konstant-Fraktions-Diskriminator ist, der zur Aufzeichnung einer Ionenankunft eingestellt ist, wenn das Ionensignal 100 % der maximalen Höhe beträgt ermöglicht die Minimierung des Ankunftszeitzitterns und der Masse-Ladungs-Verhältnis-Verschiebung, die mit einzelnen oder mehrfachen Ionenpeakhöhen verbunden ist. Zusätzlich kann eine verbesserte Messung der mittleren Ionenankunftszeit für überlappende Mehrfach-Ionenankünfte erhalten werden. Wenn zwei Ionen aus der gleichen Gruppe von Ionen an dem Ionendetektor ankommen und Ionensignale mit identischen Höhen und Bereichen erzeugen, werden die zwei Ionensignale kombinieren und ein resultierendes Ionensignal mit dem zweifachen Bereich bzw. der zweifachen Fläche eines einzelnen Ionensignals erzeugen, wenn die individuellen bzw. einzelnen Ionensignale eine zeitliche Trennung von weniger als dem FWHM-Wert eines einzelnen Ionenpeaks besitzen. Obwohl ein Peakhöhendiskriminator theoretisch die mittlere Ankunftszeit der zwei Ionen feststellen sollte, wird in der Realität, da die Höhen und somit die Bereiche der zwei Ionensignale höchstwahrscheinlich nicht exakt identisch sind, die Peakspitzenmessung für Mehrfach-Ionenankünfte einer statistischen Variation unterliegen. Diese Variation wird jedoch in dem abschließenden Histogramm tendenziell ausgemittelt. Obwohl Konstantfraktionsdiskriminatoren und Peakspitzendiskriminatoren verglichen mit Leading-Edge-Detektoren bestimmte Vorteile aufweisen, leiden sie auch an Totzeitproblemen. Im Allgemeinen gibt es eine Periode von etwa 5 – 10 ns nach der Aufzeichnung einer Ionenankunft, während der keine weiteren Ionenankünfte aufgezeichnet werden können. In dem Fall eines Konstantfraktionsdiskriminators führt dies zu einer systematischen Verschiebung in dem Masse-Ladungs-Verhältnis, dass in dem abschließenden Histogramm aufgezeichnet wird. Diese Verschiebung wird jedoch nicht so ausgeprägt sein wie die äquivalente Situation unter Verwendung eines festen voreingestellten Intensitäts-Schwellenwert-Leading-Edge-Detektionsdiskriminators.
Im Falle eines Peakspitzendiskriminators ist eine systematische Verschiebung hin zu kleinen Masse-Ladungs-Verhältnissen nur dann offensichtlich, wenn die Verteilung bzw. der Spread von Ionenankünften in dem abschließenden, histogrammierten Peak (äquivalent der Massenauflösung des Instruments) einen vorbestimmten Wert überschreitet. Zur Illustration, wenn zwei Ionen aus der gleichen Ionengruppe ankommen, die zeitlich um mehr als das FWHM eines Einzelionenpeaks getrennt sind, wird das resultierende Ionensignal zwei lokale Maxima aufweisen. Bei Verwendung eines Peakspitzendiskriminators wird nur das erste Maximum aufgezeichnet, wenn das zweite Maximum in die Totzeit des ersten Maximums fällt (was oft der Fall ist). Dies wiederum führt zu einer systematischen Verschiebung hin zu kleineren Masse-Ladungs-Verhältnissen in dem abschließenden Histogramm.
In sämtlichen Fällen kann nur ein Ereignis während einer Totzeitperiode aufgezeichnet werden. Wenn signifikante Anzahlen von Ionen im wesentlichen zur gleichen Zeit ankommen, wird die Anzahl der aufgezeichneten Ionenankünfte des abschließenden Histogramms kleiner sein als die Gesamtanzahl von Ionen, die tatsächlich an dem Ionendetektor ankommen.
Für diese Arten von Ionenzählsystemen ist es bekannt, die Masse-Ladungs-Verhältnisse und Ionensignalintentsitäten, die in dem abschließenden Massenhistogramm angegeben werden, unter Verwendung eines Verfahrens einer Totzeitkorrektur zu korrigieren. Die Totzeitkorrektur kann beispielsweise auf die Ionenzählung in jedem Zeitfenster des abschließenden Massenhistogramms angewendet werden, oder eine Totzeitkorrektur kann auf individuelle Massenspektralpeaks auf der Grundlage einer vorbestimmten Look-up-Tabelle angewendet werden. Eine weitere Diskussion von Totzeitkorrekturtechniken ist in der WO 98/21742 (US-6373052), Hoyes, et al., angegeben. Das letztere Verfahren ermöglicht eine Echtzeitkorrektur von Massenspektren und erlaubt die Akkomodierung von Daten aus einer detaillierten Monte-Carlo-Modellierung der Charakteristika der einzelnen Diskriminatoren und Detektor-Pulshöhenverteilungen und Ausgangspeak-Breiten- und -Formen.
Die Totzeitkorrektur kann jedoch nicht genau angewendet werden, wenn die Ionensignalintensität während der Zeit, die zur Akkumulierung eines kompletten Massenspektrometers gebraucht wird, sich dynamisch verändert. Wenn die Ionenintensität sich in einer bekannten Weise verändert, kann dies in gewissem Maße in das Totzeitmodell integriert werden. In der Realität neigt die Ionenintensität jedoch dazu, in unvorhersagbarer Weise sich zu ändern, und daher ist das durchschnittliche Ausmaß der Korrektur, das aufgewendet werden muß, lediglich approximierbar, indem die Änderungsrate bzw. -frequenz von Massenspektrum zu Massenspektrum bei Fortlauf des Experiments untersucht wird. Beispielsweise wird mit einer Elutierung eines Analyts aus einem chromatographischen Einlaß dessen Intensität während des Zeitraums eines einzigen Histogramms variieren. In ähnlicher Weise werden für Systeme, die RF-Multipol-Stabsatz-Ionenführer als Ionentransfervorrichtung verwenden, die Transmissionscharakteristika der Ionenführung während der Zeit, die zur Akkumulierung eines Histogramms notwendig ist, variieren. Dies erlaubt, dass ein breiter Querschnitt von Ionen mit unterschiedlichen Masse-Ladungs-Verhältniswerten transmitiert wird. Die Intensität von individuellen Masse-Ladungs-Verhältniswerten innerhalb dieser Histogrammperiode wird mit verschiedenen Raten während dieser Prozedur sich verändern. Komplexe Modelle werden benötigt, um diese Änderungen zu berücksichtigen, und das Ausmaß einer Totzeitkorrektur zu approximieren. Dies kann sowohl zu Massenfehlern als auch Intensitätsfehlern führen. Die Genauigkeit und Präzision, die für eine Totzeitkorrektur von Masse-Ladungs-Verhältniswerten benötigt wird, liegt oft in der Größenordnung von ± 1 – 5 ppm. Für quantitative Arbeit ist die Genauigkeit und Präzision einer Intensitätskorrektur jedoch im Allgemeinen in der Größenordnung von ± 5 – 10 %. Es ist somit ersichtlich, dass relativ grobe Approximationsmodelle für Totzeitkorrekturen für eine Intensitätskorrektur ausreichend sind, jedoch bei der Massenmessung zu unannehmbaren Fehlern führen.
Es wird daher angestrebt, ein verbessertes Ionendetektionssystem bzw. -nachweissystem und ein verbessertes Verfahren zur Bestimmung der Ionenankunftszeit an einem Ionendetektor zur Verfügung zu stellen.
Gemäß einem Aspekt der vorgegebenen Erfindung ist ein Ionendetektor für ein Massenspektrometer vorgesehen, der aufweist:

Einen Detektor, der bei der Verwendung ein Signal in Reaktion auf ein Ion oder mehrere Ionen, das bzw. die an dem Detektor ankommen, erzeugt;
Mittel zur Bestimmung bzw. Feststellung einer ersten Zeit, zu der eine führende, ansteigende, erste oder erstmalige bzw. initiale Flanke des Signals einen ersten Schwellenwert oder ein erstes Niveau kreuzt oder übersteigt;
Mittel zur Bestimmung einer zweiten Zeit, zu der eine hintere, abfallende, zweite oder nachfolgende Flanke des Signals einen zweiten Schwellenwert oder ein zweites Niveau kreuzt oder unter dieses fällt; und
Mittel zum Kombinieren oder Mitteln bzw. Durchschnittswertbildung der ersten und der zweiten Zeit zur Bereitstellung einer Ionenankunftszeit.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform steigt das Signal in Reaktion auf ein Ion oder mehrere Ionen, das bzw. die an dem Ionendetektor ankommt bzw. ankommen, zunächst von einem Basislinienwert (d.h. Null), bildet dann eine Spitze und fällt dann zurück auf den Basislinienwert. Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann das Signal jedoch invertiert werden, d. h. das Signal fällt zunächst von einem Basislinienwert ab, erreicht ein Tal bzw. einen minimalen Wert und steigt dann zurück auf den Basislinienwert an. Beide Ausführungsformen sollen in den Rahmen bzw. dem Umfang der unabhängigen Ansprüche fallen.
Der Detektor weist vorzugsweise einen Kanalelektronenvervielfacher wie etwa eine oder mehrere Mikrokanalplatten auf. Gemäß der bevorzugten Ausführungsform sind wenigstens zwei Mikrokanalplatten zur Bildung wenigstens eines chevronartigen bzw. pfeilförmigen Paares von Mikrokanalplatten angeordnet. Ionen werden an der Eingangsfläche der einen oder mehreren Mikrokanalplatten aufgenommen, und Elektronen werden an einer Ausgangsfläche der einen oder mehreren Mikrokanalplatten abgegeben. Der Detektor weist ferner vorzugsweise eine oder mehrere Sammelelektroden oder – anoden auf, die bei der Verwendung zur Aufnahme wenigstens einiger der Elektroden, die von dem einen oder den mehreren Mikrokanalplatten freigegeben werden, angeordnet sind.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann der Detektor einen oder mehrere Diskretedynodenelektronenvervielfacher, oder einen Scintillator oder Phosphorschirm (vorzugsweise in Kombination mit einem Photo-Vervielfacher) aufweisen.
Der erste Schwellenwert oder das erste Niveau und/oder der zweite Schwellenwert bzw. das zweite Niveau umfassen vorzugsweise einen Intensitätsschwellenwert bzw. ein Intensitätsniveau. Gemäß der bevorzugten Ausführungsform ist der erst Schwellenwert bzw. das erste Schwellenniveau im Wesentlichen gleich dem zweiten Schwellenwert bzw. -niveau. Gemäß einer weniger bevorzugten Ausführungsform ist der erste Schwellenwert bzw. das erste Niveau wesentlich verschieden (d. h. größer oder kleiner) von dem zweiten Schwellenwert bzw. -niveau.
Der Ionendetektor weist vorzugsweise Mittel zur Assoziierung bzw. In-Beziehung-Setzung einer Anstiegsflanke bzw. führenden, ansteigenden, ersten oder initialen Flanke des Signals mit der nächsten Abfallflanke bzw. folgenden, abfallenden, zweiten oder nachfolgenden Flanke auf.
Wenn das Ionensignal vielfache führende, ansteigende, erste oder initiale Flanken und/oder vielfache folgende, abfallende, zweite oder nachfolgende Flanken aufweist, wird eine führende, ansteigende, erste oder initiale Flanke mit der folgenden, abfallenden zweiten oder nachfolgenden Flanke assoziiert, die zeitlich der jeweiligen führenden, ansteigenden, ersten oder initialen Flanke benachbart bzw. am nächsten ist.
Der Ionendetektor weist vorzugsweise einen ersten Zeit-Digital-Wandler zur Feststellung der ersten Zeit und/oder der zweiten Zeit auf. Optional kann ein zweiter Zeit-Digital-Wandler vorgesehen sein, um die erste Zeit und/oder die zweite Zeit zu bestimmen. Der erste Zeit-Digital-Wandler und/oder der zweite Zeit-Digital-Wandler kann zur Verwendung einer Unterscheidung bzw. Diskriminierung der führenden Kante angeordnet sein zur Bestimmung der ersten Zeit und/oder der zweiten Zeit. Alternativ kann der erste Zeit-Digital-Wandler und/oder der zweite Zeit-Digital-Wandler angeordnet sein zur Verwendung einer konstanten Fraktionsdiskriminierung zur Bestimmung der ersten Zeit und/oder der zweiten Zeit.
Gemäß einer weniger bevorzugten Ausführungsform kann der Ionendetektor einen ersten Analog-Digital-Wandler zur Feststellung der ersten Zeit und/oder der zweiten Zeit aufweisen. Optional kann ein zweiter Analog-Digital-Wandler zur Bestimmung der ersten Zeit und/oder der zweiten Zeit vorgesehen sein.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Massenspektrometer mit einem wie oben beschriebenen Ionendetektor vorgesehen.
Das Massenspektrometer umfaßt vorzugsweise ein Flugzeit-Massenspektrometer, gemäß weniger bevorzugten Ausführungsformen kann das Massenspektrometer jedoch einen Quadropol-Massenanalysator, einen Penning- Massenanalysator, einen Fouriertransformations-Ionenzyklotronresonanz-Massenanalysator („FTICR"), eine 2D- oder lineare Quadropol-Ionenfalle, eine Paul- oder 3D-Quadropol-Ionenfalle oder einen Magnetsektor-Massenanalysator aufweisen.
Das Massenspektrometer weist ferner vorzugsweise eine Ionenquelle auf, die ausgewählt ist aus der Gruppe, die besteht aus: (i) Elektrospray-Ionisations-Ionenquelle („ESI"); (ii) Atmosphärendruck-Ionisations-Ionenquelle („API"); (iii) Atmosphärendruck-chemische-Ionisations-Ionenquelle („APCI"); (iv) Atmosphärendruck-Photoionisations-Ionenquelle („APPI"); (v) Laserdesorptions-Ionisations-Ionenquelle („LDI"); (vi) induktiv gekoppelte Plasma-Ionenquelle („ICP"); (vii) schnelle Atombeschießungsionenquelle („FAB"); (viii) Flüssig-Sekundärionen-Massenspektrometrie-Ionenquelle („LSIMS"); (ix) Feldionisations-Ionenquelle („FI"); (x) Felddesorptions-Ionenquelle („FD"); (xi) Elektronenauftreff-Ionenquelle („EI"); (xii) Chemische-Ionisations-Ionenquelle („CI"); (xiii) matrixunterstützte Laserdesorptionsionisations-Ionenquelle („MALDI"); und (xiv) Desorptions-Ionisations-Ionenquelle auf Silizium („DIOS").
Die Ionenquelle kann entweder kontinuierlich oder gepulst ausgebildet sein.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Ionendetektor für ein Massenspektrometer zur Verfügung gestellt, der aufweist:

einen Detektor, der bei der Verwendung ein Signal in Reaktion auf ein Ion oder mehrere Ionen, das bzw. die an dem Detektor ankommt bzw. ankommen, erzeugt;
Mittel zur Bestimmung bzw. Feststellung einer ersten Zeit, zu der eine führende, ansteigende, erste oder initiale Flanke des Signals einen ersten Schwellenwert oder ein erstes Niveau kreuzt oder übersteigt;
Mittel zur Bestimmung einer zweiten Zeit, zu der eine folgende, abfallende zweite oder nachfolgende Flanke des Signals einen zweiten Schwellenwert kreuzt oder unter diesen fällt; und
Mittel zum Mitteln bzw. zur Durchschnittswertbildung der Signalintensität zwischen der ersten Zeit und der zweiten Zeit zur Bereitstellung einer Ionenankunftszeit.

Die Mittel zum Mitteln der Signalintensität zwischen der ersten Zeit und der zweiten Zeit bestimmen vorzugsweise eine gewichtete mittlere Ionenankunftszeit. Vorzugsweise bestimmen die Mittel zum Mitteln der Signalintensität zwischen der ersten Zeit und der zweiten Zeit eine gewichtete mittlere Ionenankunftszeit innerhalb von Zeitfenstern bzw. Zeit-Bins, die durch die erste Zeit und die zweite Zeit begrenzt sind. Weiter bestimmen die Mittel zum Mitteln der Signalintensität zwischen der ersten Zeit und der zweiten Zeit bevorzugt die Summe sämtlicher Intensitäten von wenigstens 50%, 60%, 70%, 80%, 90%, 95% oder 100% der Zeitfenster, die durch die erste Zeit und die zweite Zeit begrenzt sind.
Der Ionendetektor kann einen ersten Analog-Digital-Wandler zum Bestimmen der ersten Zeit und/oder der zweiten Zeit aufweisen. Optional kann ein zweiter Analog-Digital-Wandler zur Bestimmung der ersten Zeit und/oder zweiten Zeit vorgesehen sein.
Mit der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Bestimmung der Ankunftszeit von einem Ion oder mehreren Ionen an einem Detektor mit folgenden Schritten realisierbar:

Erzeugen eines Signals in Reaktion auf ein Ion oder mehrere Ionen, das bzw. die an dem Detektor ankommt bzw. ankommen;
Bestimmung einer ersten Zeit, zu der eine Anstiegsflanke bzw. führende, ansteigende, erste oder initiale Flanke des Signals einen ersten Schwellenwert oder eine erstes Niveau kreuzt oder übersteigt;
Bestimmen bzw. Feststellen einer zweiten Zeit, zu der eine Abfallflanke bzw. folgende, abfallende, zweite oder nachfolgende Flanke des Signals einen zweiten Schwellenwert oder ein zweites Niveau kreuzt oder unter dieses fällt;
Kombinieren oder Mitteln bzw. Mittelwertbildung der ersten Zeit und der zweiten Zeit zur Bereitstellung einer Ionenankunftszeit.

Mit der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Bestimmung der Ankunftszeit eines Ions oder mehrerer Ionen an einem Detektor mit folgenden Schritten realisierbar:

Erzeugen eines Signals in Reaktion auf ein Ion oder mehrere Ionen, das bzw. die an dem Detektor ankommt bzw. ankommen;
Bestimmung bzw. Feststellung einer ersten Zeit zu der eine Anstiegsflanke bzw. führende, ansteigende, erste oder initiale Flanke des Signals einen ersten Schwellenwert oder ein erstes Niveau kreuzt oder übersteigt;
Feststellung bzw. Bestimmung einer zweiten Zeit, zu der eine folgende, abfallende, zweite oder nachfolgende Flanke des Signal einen zweiten Schwellenwert oder ein zweites Niveau kreuzt oder unter diesen fällt;
und Mitteln bzw. Durchschnittswertbildung der Signalintensität zwischen der ersten Zeit und der zweiten Zeit zur Bereitstellung einer Ionenankunftszeit.

Ferner durchführbar ist bevorzugt ein Verfahren zum Detektieren bzw. Nachweisen von Ionen, die an einem Ionendetektor in einem einzelnen Flugzeit-Massenspektrum ankommen, welches die Totzeiteffekte bzgl. der Masse-Ladungs-Verhältnis-Messgenauigkeit minimiert. Gemäß der bevorzugten Ausführungsform wird der Nachweis von einzelnen oder vielfachen bzw. multiplen Ionenankunftszeiten während eines einzelnen Flugzeit-Experiments durch Aufzeichnung der Zeiten, zu denen sowohl die führende bzw. ansteigende als auch die folgende (abfallende) Flanke eines Ionensignals, das durch eine Sammelelektrode erzeugt ist, einen vorbestimmten Diskriminator-Intensitätsschwellenwert kreuzt. Durch Verwendung der Zeiten, die sowohl für die führende als auch die nachfolgende Flanke des Ionensignals aufgezeichnet sind, zur Berechnung einer mittleren bzw. durchschnittlichen Ionenankunftszeit ist eine genauere Bestimmung der mittleren Ankunftszeit möglich, insbesondere wenn eine Vielzahl von Ionen im wesentlichen zur gleichen Zeit an dem Ionendetektor ankommen. Das bevorzugt durchführbare Verfahren des Ionenankunftsnachweises und der Bestimmung führt zu einer Massen-Messgenauigkeit des abschließenden histogrammierten Peaks, die unabhängig von Totzeiteffekten ist. Ohne die Notwendigkeit von Totzeitkorrekturen für die Masse-Ladungsverhältnis-Messung bei hohen Zählraten werden Fehler auf Grund von dynamisch sich verändernden Signalen innerhalb eines individuellen Histogramms wirksam ausgeschaltet.
Verschiedene Ausführungen der Erfindung werden nun, rein beispielhaft, und unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschreiben.
1A zeigt die Verwendung des Nachweises der führenden bzw. ansteigenden Flanke zur Bestimmung der Ionenankunft, B zeigt, wie die Verwendung eines Nachweises der führenden Flanke zu einer unterschiedlichen aufgezeichneten Ankunftszeit für ein Ion, das die gleiche mittlere Flugzeit wie im Beispiel gemäß 1A aufweist, führt, wobei jedoch der Ionendetektor ein weniger intensives Ionensignal in Reaktion auf eine Ionenankunft erzeugt, 1C zeigt die Verwendung des Nachweises der führenden Flanke zur Bestimmung einer durchschnittlichen Ionenankunftszeit, wenn zwei Ionen an ähnlichen Zeiten bzw. Zeitpunkten ankommen, und 1D zeigt die Verwendung des Nachweises der führenden Flanke zur Bestimmung einer mittleren bzw. durchschnittlichen Ionenankunftszeit, wenn zwei Ionen zu leicht verzögerten bzw. unterschiedlichen Zeiten ankommen;
2A zeigt die Verwendung eines Konstantfraktionsdiskriminators zur Bestimmung einer Ionenankunft, 2B zeigt wie ein Konstantfraktionsdiskriminator in korrekter Weise die gleichen Flugzeiten aufzeichnet unabhängig von der Intensität des Ionensignals, das durch den Ionendetektor in Reaktion auf eine Ionenankunft erzeugt wird, 2C zeigt die Verwendung eines Konstantfraktionsdiskriminators zur Bestimmung einer durchschnittlichen bzw. mittleren Ionenankunftszeit, wenn zwei Ionen zu ähnlichen bzw, gleichartigen Zeiten ankommen, und 2D zeigt die Verwendung eines Konstantfraktionsdiskriminators zur Bestimmung einer durchschnittlichen Ionenankunftszeit, wenn zwei Ionen zu leicht verzögerten Zeiten ankommen;
3A zeigt die Verwendung einer Peakspitzendetektion (Peakspitzen-Nachweis) zur Feststellung einer Ionenankunft, 3B zeigt, wie ein Peakspitzendetektor in korrekter Weise die gleichen Flugzeiten aufzeichnet, unabhängig von der Intensität des Ionensignals, das durch den Ionendetektor in Reaktion auf eine Ionenankunft erzeugt wird, 3C zeigt, wie ein Peakspitzendetektor in korrekter Weise bzw. korrekt eine durchschnittliche Ionenankunftszeit bestimmt, wenn zwei Ionen zu ähnlichen Zeiten ankommen, und 3D zeigt, wie ein Peakspitzendetektor nicht in der Lage ist, in korrekter Weise eine mittlere bzw. durchschnittliche Ionenankunftszeit zu bestimmen, wenn zwei Ionen zu leicht verzögerten Zeiten ankommen;
4 zeigt ein bevorzugtes Verfahren zur Bestimmung einer Ionenankunftszeit, wobei die Zeiten, zu denen Anstiegsflanken und Abfallflanken des Ionensignals einen Intensitätsschwellenwert kreuzen, festgestellt werden, und die Zeiten Bemittelt werden, 4B zeigt, wie das bevorzugte Verfahren zur Feststellung einer Ionenankunftszeit die Flugzeit unabhängig von der Intensität des durch den Ionendetektor in Reaktion auf eine Ionenankunft erzeugten Ionensignals aufzeichnet, 4C zeigt, wie das bevorzugte Verfahren zur Feststellung bzw. Bestimmung einer Ionenankunftszeit in korrekter Weise eine durchschnittliche Ionenankunftszeit bestimmt, wenn zwei Ionen zu ähnlichen Zeiten ankommen, und 4D zeigt, wie das bevorzugte Verfahren zur Bestimmung einer Ionenankunftszeit in korrekter Weise eine durchschnittliche Ionenankunftszeit bestimmt, wenn zwei Ionen zu leicht unterschiedlichen bzw. verzögerten Zeiten ankommen;
5 zeigt den Unterschied zwischen einem tatsächlich gemessenen Ionensignal und einem theoretischen Ionensignal für eine Simulation, bei der das Ionendetektorsystem eine Feststellung der Anstiegsflanken zur Bestimmung von Ionenankunftszeiten verwendet;
6 zeigt den Unterschied zwischen einem tatsächlich gemessenen Ionensignal und einem theoretischen Ionensignal für eine Simulation, bei der das Ionendetektorsystem einen Konstantfraktionsdiskriminator zur Bestimmung von Ionenankunftszeiten verwendet;
7 zeigt den Unterschied zwischen einem tatsächlich gemessenen Ionensignal und einem theoretischen Ionensignal für eine Simulation, bei der das Ionendetektorsystem einen Peakspitzendiskriminator zur Bestimmung von Ionenankunftszeiten verwendet; und
8 zeigt den Unterschied zwischen einem tatsächlich gemessenen Ionensignal und einem theoretischen Ionensignal für eine Simulation, bei der das Ionendetektorsystem ein Verfahren zur Bestimmung der Ionenankunftszeiten gemäß der bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung verwendet.
Um die verschiedenen Unterschiede zwischen herkömmlichen Techniken zur Bestimmung der Ankunftszeit eines Ions und dem bevorzugten Verfahren zur Bestimmung der Ankunftszeit eines Ions zu verstehen, wird zunächst eine Anzahl von unterschiedlichen herkömmlichen Ansätzen unter Bezugnahme auf die 1 bis 3 beschrieben. 1A bis 1D zeigen die Bestimmung einer Ionenankunftszeit unter Verwendung einer einfachen Anstiegsflankenbestimmung, die 2A bis 2D zeigen die Bestimmung einer Ionenankunftszeit unter Verwendung der Anstiegsflankenbestimmung mit einem Konstantfraktionsdiskriminator, und die 3A bis 3D zeigen die Bestimmung einer Ionenankunftszeit unter Verwendung einer Peakspitzendetektion. Diese unterschiedlichen Ansätze zur Bestimmung der Ionenankunftszeit werden nun im größeren Detail beschrieben.
1A zeigt das Ionensignal, das durch die Sammelelektrode eines Ionendetektors für ein einzelnes Ion, das an dem Ionendetektor ankommt, aufgezeichnet wird und verdeutlicht, wie die Ionenankunftszeit unter Verwendung einer einfachen Anstiegsflankendetektion bestimmt werden kann. Eine Ankunftszeit T1 wird durch einen Anstiegsflankenddiskriminator aufgezeichnet, der zur Feststellung und Aufzeichnung einer Ionenankunft eingestellt ist, wenn das festgestellte Ionensignal einen voreingestellten Intensitätsschwellenwert überschreitet. In dem in 1A dargestellten speziellen Beispiel ist der voreingestellte Intensitätsschwellenwert auf 50 eingestellt.
1B zeigt das Ionensignal, das durch eine Sammelelektrode eines Ionendetektors für ein einzelnes Ion an dem Ionendetektor aufgezeichnet ist, wenn das Ion an dem Ionendetektor zur gleichen Zeit wie das Ion in dem Beispiel gemäß 1A ankommt, wobei jedoch das resultierende Ionensignal, das durch den Ionendetektor erzeugt wird, eine geringere Intensität als diejenige des in 1A gezeigten Ionensignals aufweist. Das Ionensignal mit der geringeren Intensität kann durch die Pulshöhenverteilung des Ionendetektors verursacht sein. Obwohl die mittlere Ankunftszeit des Ions in dem in 1B dargestellten Beispiel identisch zu dem in
1A dargestellten Beispiel ist, wird deutlich, dass bei Verwendung einer Anstiegsflankendetektion mit einem konstanten voreingestellten Intensitätsschwellenwert, die aufgezeichnete Ionenankunftszeit T2, wenn das Ionensignal weniger intensiv ist, sich von der aufgezeichneten Ionenankunftszeit T1 unterscheidet, wenn das Ionensignal intensiver ist.
Die zwei unterschiedlichen aufgezeichneten Ionenankunftszeiten T1, T2, wie sie durch Verwendung eines Anstiegsflankendiskriminators aufgezeichnet werden, ergeben sich aus einer Einstellung des Diskriminators zur Feststellung einer Ionenankunft, wenn die Ionensignalintensität den gleichen voreingestellten Intensitätschwellenwert überschreitet. Der Unterschied zwischen den zwei aufgezeichneten Ionenankunftszeiten T1, T2 für zwei Ionen, welche die gleiche mittlere Ankunftszeit haben, verdeutlicht das Zeitzittern (timejitter), das mit der Verwendung eines einfachen Anstiegsflankendiskriminators verbunden ist. Das Zeitzittern ist hauptsächlich verursacht von der Pulshöhenverteilung des Ionendetektors.
1C zeigt das sich ergebende Ionensignal, das durch eine Elektrode eines Ionendetetktors erhalten ist unter Verwendung einer einfachen Anstiegsflankendetektion, wenn zwei Ionen an dem Ionendetektor zu ähnlichen Zeiten ankommen, und die individuellen bzw. einzelnen Ionensignale zeitlich um weniger als der FWHM-Wert eines einzelnen Ionensignals getrennt sind. Eine Ionenankunftszeit T3 wird durch den Anstiegsflankendiskriminator aufgezeichnet, der zum Feststellen und Aufzeichen einer Ionenankunft eingestellt ist, wenn die festgestellte Ionensignalintensität einen voreingestellten Intensitätschwellenwert überschreitet. In dem speziellen, in 1C dargestellten Beispiel ist der voreingestellte Intensitätschwellenwert auf 50 eingestellt. Während die mittlere Ankunftszeit der zwei Ionensignale merklich in Richtung einer höheren Flugzeit verglichen mit den Ionenankunftszeiten, die in den Beispielen der 1A und 1B gezeigt sind, verschoben ist, reflektiert die Ionenankunftszeit T3, wie sie tatsächlich durch den Anstiegsflankendiskriminator gemessen wurde, eine derartige Verschiebung nicht. Wenn die Wahrscheinlichkeit von Mehrfach-Ionenankünften zu im wesentlichen gleichen Zeitpunkten signifikant ist, führt dieser Effekt zu einer systematischen Verschiebung hin zu kleineren Flugzeiten in dem abschließenden histogrammierten Massenspektrum.
1D zeigt das sich ergebende Ionensignal, das durch eine Sammelelektrode eines Ionendetektors aufgezeichnet ist, unter Verwendung einer einfachen Anstiegsflankendetektion, wenn zwei Ionen an dem Ionendetektor zu leicht unterschiedlichen Zeitpunkten ankommen, und die einzelnen Ionensignale zeitlich um mehr als den FWHM-Wert eines einzelnen Ionensignals getrennt sind. Eine Ionenankunftszeit T4 wird durch den Anstiegsflankendiskriminator aufgezeichnet, der eingestellt ist zur Feststellung und Aufzeichnung einer Ionenankunft, wenn die festgestellte Ionensignalintensität einen voreingestellten Intensitätsschwellenwert überschreitet. In dem speziellen, in 1D dargestellten Beispiel ist der voreingestellte Intensitätsschwellenwert auf 50 eingestellt. Während die mittlere Ankunftszeit der zwei Ionensignale noch merklicher hin zu höheren Flugzeiten verschoben ist verglichen mit den Ionenankunftszeiten, die in den Beispielen gemäß 1A, 1B, 1C gezeigt sind, zeigt wiederum die Ionenankunftszeit T4, wie sie tatsächlich durch den Anstiegsflankendiskriminator aufgezeichnet wurde, wiederum keinerlei derartige Verschiebung. Wenn die Wahrscheinlichkeit von Mehrfach-Ionenankünften zu leicht unterschiedlichen Zeitpunkten signifikant ist, führt dieser Effekt zu einer systematischen, signifikanten Verschiebung hin zu kleineren bzw. kürzeren Flugzeiten in dem abschließenden histogrammierten Massenspektrum.
2A zeigt das Ionensignal, das durch eine Sammelelektrode eines Ionendetektors für ein einzelnes Ion, das an dem Ionendetektor ankommt, aufgezeichnet wird, und verdeutlicht, wie die Ionenankunftszeit unter Verwendung eines Konstantfraktionsdiskriminators bestimmt werden kann. Eine Ionenankunftszeit T1 wird durch einen Konstantfraktionsdiskriminator aufgezeichnet, der eingestellt ist zum Feststellen und Aufzeichnen einer Ionenankunft, wenn die festegestellte Ionensignalintensität einen Intensitätschwellenwert übersteigt, der in diesem speziellen Beispiel auf 50% der maximalen Höhe des Peaks eingestellt ist.
2B zeigt das Ionensignal, das durch eine Sammelelektrode eines Ionendetektors für ein einzelnes Ion, das an dem Ionendetektor ankommt, aufgezeichnet ist, wenn das Ion an dem Ionendetektor zur gleichen Zeit wie das Ion in dem in 2A gezeigten Beispiel ankommt, wobei jedoch das resultierende Ionensignal, das durch den Ionendetektor erzeugt wird, eine geringere Intensität aufweist, als diejenige des in 2A dargestellten Ionensignals. Die geringere Ionensignalintensität kann möglicherweise verursacht sein durch die Pulshöhenverteilung des Ionendetektors. Die Ionenankunftszeit T2 zeigt die Ankunftszeit, die durch den Konstantfraktionsdiskriminator aufgezeichnet wurde an, wobei dieser zum Feststellen und Aufzeichnen einer Ionenankunft eingestellt ist, wenn die festgestellte Ionensignalintensität einen Intensitätschwellenwert überschreitet, der in diesem bestimmten Beispiel auf 50% der maximalen Höhe des Peaks eingestellt ist. In diesem Fall kann gesehen werden, dass die Ionenankunftszeit T2, wie sie durch den Konstantfraktionsdiskriminator aufgezeichnet wird, identisch zu der Ionenankunftszeit T1 ist, wie sie durch den Konstantfraktionsdiskriminator in dem in 2A dargestellten Beispiel aufgezeichnet ist. Dies verdeutlicht die Fähigkeit eines Konstantfraktionsdiskriminators, ein Ankunftszeitzittern, das mit der Pulshöhenverteilung des Ionendetektors verbunden ist, zu minimieren, was bei der Verwendung einer einfachen Anstiegsflankendetektion problematisch ist.
2C zeigt das resultierende Ionensignal, das durch eine Sammelelektrode eines Ionendetektors aufgezeichnet ist, der einen Konstantfraktionsdiskriminator verwendet, wenn zwei Ionen an dem Ionendetektor zu ähnlichen Zeiten ankommen, und die einzelnen Ionensignale zeitlich um weniger als der FWHN-Wert eines einzelnen Ionensignals getrennt sind. Eine Ionenankunftszeit T3 wird unter Verwendung eines Konstantfraktionsdiskriminators aufgezeichnet, der zur Feststellung einer Ionenankunft eingestellt ist, wenn die festgestellte Ionensignalintensität einen Intensitätsschwellenwert überschreitet, der in diesem speziellen Beispiel auf 50% der maximalen Höhe des Peaks eingestellt ist. Während die mittlere Ankunftszeit der zwei Ionensignale merklich hin zu höheren Flugzeiten verschoben ist verglichen mit der Ionenankunftszeit, die in den Beispielen gemäß 2A und 2B gezeigt wurde, spiegelt die Ionenankunftszeit T3, die tatsächlich durch den Konstantfraktionsdiskriminator aufgezeichnet wurde, die Größe dieser Verschiebung nicht vollständig wider. Wenn die Wahrscheinlichkeit von Mehrfach-Ionenankünften zu im wesentlichen ähnlichen Zeiten signifikant ist, führt dieser Effekt zu einer systematischen Verschiebung hin zu einer längeren Flugzeit in dem abschließenden histogrammierten Massenspektrum.
2D zeigt das resultierende Ionensignal, das durch eine Sammelelektrode eines Ionendetektors unter Verwendung eines Konstantfraktionsdiskriminators aufgezeichnet wurde, wenn zwei Ionen zu leicht unterschiedlichen Zeiten an dem Ionendetektor ankommen, und die einzelnen Ionensignale zeitlich durch mehr als den FWHM-Wert eines einzelnen Ionensignals getrennt sind. Eine Ionenankunftszeit T4 wird durch einen Konstantfraktionsdiskriminator aufgezeichnet, der zum Feststellen und Aufzeichnen einer Ionenankunft eingestellt ist, wenn die festgestellte Ionensignalintensität einen Intensitätsschwellenwert überschreitet, der in diesem bestimmten Beispiel auf 50% der maximalen Höhe des Peaks eingestellt ist. Während die mittlere Ankunftszeit der zwei Ionensignale noch merklicher hin zu höheren bzw. längeren Flugzeiten verglichen mit den Ionenankunftszeiten, die in den Beispielen gemäß 2A, 2B, 2C gezeigt sind, ist, spiegelt die Ionenankunftszeit T4, die tatsächlich durch den Konstanfraktionsdiskriminator gemessen ist, eine derartige Verschiebung nicht wider. Wenn die Wahrscheinlichkeit einer Mehrfach-Ionenankunft zu leicht unterschiedlichen Zeiten signifikant ist, führt dieser Effekt zu einer systematischen Verschiebung hin zu geringeren bzw. kürzeren Flugzeiten in dem abschließenden histogrammierten Massenspektrum.
3A zeigt das Ionensignal, das durch eine Sammelelektrode eines Ionendetektors für ein einzelnes Ion, das an dem Ionendetetktor ankommt, aufgezeichnet ist, und verdeutlicht, wie die Ionenankunftszeit unter Verwendung eines Peakspitzendiskriminators festgestellt werden kann. Eine Ionenankunftszeit T1 wird durch einen Peakspitzendiskriminator aufgezeichnet, wenn die festgestellte Ionensignalintensität die maximale Höhe des Peaks erreicht.
3B zeigt das Ionensignal, das durch die Sammelelektrode eines Ionendetektors für einzelnes Ion, das am Ionendetektor ankommt, aufgezeichnet wird, wenn das Ion an dem Ionendetektor zur gleichen Zeit wie das Ion gemäß dem Beispiel der 3A ankommt, wobei jedoch das resultierende Ionensignal, das durch den Ionendetektor erzeugt wird, eine geringere Intensität als diejenige des Ionensignals, das in 3A gezeigt ist, aufweist. Das Ionensignal mit niedrigerer Ionenintensität kann verursacht sein durch die Pulshöhenverteilung des Ionendetektors. Die Ionenankunftszeit T2 zeigt die Ankunftszeit an, die durch einen Peakspitzendiskriminator aufgezeichnet wird, wenn die festgestellte Ionensignalintensität das Maximum des Peaks erreicht. In diesem Fall ist zu sehen, dass die Ionenankunftszeit T2, wie sie durch den Peakspitzendiskriminator aufgezeichnet wird, identisch zu der Ionenankunftszeit T1 ist, wie sie durch den Peakspitzendiskriminator gemäß dem in 3A dargestellten Beispiel aufgezeichnet ist. Dies verdeutlicht die Fähigkeit eines Peakspitzendiskriminators, das Ankunftszeitzittern, das mit der Pulshöhenverteilung des Ionendetektors assoziiert ist, zu minimieren, was problematisch ist bei der Verwendung einer einfachen Anstiegsflankendetektion.
3C zeigt das resultierende Ionensignal, das durch eine Sammelelektrode eines Ionendetektors unter Verwendung eines Peakspitzendiskriminators aufgezeichnet wird, wenn zwei Ionen an dem Ionendetektor zu ähnlichen Zeiten ankommen und die einzelnen Ionensignale zeitlich um weniger als den FWHM-Wert eines einzelnen Ionensignals getrennt sind. Eine Ionenankunftszeit T3 wird unter Verwendung eines Peakspitzendiskriminators aufgezeichnet, der zur Feststellung einer Ionenankunft eingestellt ist, wenn die festgestellte Ionensignalintensität die Maximalhöhe des Peaks erreicht. Die mittlere Ankunftszeit der zwei Ionensignale ist merklich hin zu längeren Zeiten verschoben bzw. gewandert, und der Peakspitzendiskriminator hat in korrekter Weise die Verschiebung der Ankunftszeit aufgezeichnet.
3D zeigt das sich ergebende Ionensignal, das durch eine Sammeleelktrode eines Ionendetektors unter Verwendung eines Peakspitzendiskriminators aufgezeichnet ist, wenn zwei Ionen an dem Ionendetektor zu leicht unterschiedlichen Zeiten ankommen, und die einzelnen bzw. individuellen Ionensignale zeitlich um mehr als den FHWM-Wert eines einzelnen Ionensignals getrennt sind. Eine Ionenankunftszeit T4 wird durch den Peakspitzendiskriminator aufgezeichnet, der zur Feststellung einer Ionenankunft eingestellt ist, wenn die festgestellte Ionensignalintensität die maximale Höhe des Peaks erreicht. Während die mittlere Ankunftszeit der zwei Ionensignale noch merklicher hin zu längeren Flugzeiten verglichen mit den Ionenankunftszeiten, die in den Beispielen gemäß 3A, 3B und 3C gezeigt ist, verschoben ist, spiegelt die Ionenankunftszeit T4 wie sie tatsächlich durch den Peakspitzendiskriminator aufgezeichnet ist, eine derartige Verschiebung nicht wider. Lediglich die Zeit für den ersten Höhepunkt bzw. Scheitelpunkt (Apex) des kombinierten Ionensignals wird aufgezeichnet, wobei bzw. während der zweite Scheitelpunkt in die Totzeit des Diskriminators fällt. Wenn die Wahrscheinlichkeit einer Mehrfach-Ionenankunft innerhalb dieser Totzeit signifikant ist, führt dieser Effekt zu einer systematischen Verschiebung hin zu kürzeren Flugzeiten in dem abschließenden histogrammierten Massenspektrum.
Das bevorzugte Verfahren zur Feststellung der Ankunftszeit von einem Ion oder mehreren Ionen an einem Ionendetektor wird nun beschrieben werden. Insbesondere besteht der bevorzugte Ansatz darin, zu detektieren bzw. festzustellen, wann sowohl die Anstiegsflanke als auch die Abfallflanke eines Ionensignals einen Intensitätsschwellenwert kreuzen, und dann diese zwei Zeiten zu kombinieren und vorzugsweise zu mitteln.
4A zeigt das Ionensignal, das durch eine Sammelelektrode eines Ionendetektors für ein einzelnes Ion, das an dem Ionendetektor ankommt, aufgezeichnet ist, und zeigt bzw. verdeutlicht, wie die Ionenankunftszeit gemäß dem bevorzugten Verfahren der Ionendetektion aufgezeichnet wird. Eine Ionenankunftszeit T1 wird gemäß der bevorzugten Ausführungsform durch Bestimmung der Zeiten T1a T1b aufgezeichnet, zu denen die Anstiegsflanke und die Abfallflanke des Ionensignals einen vorbestimmten Intentitätsschwellenwert kreuzen. Die Ionenankunftszeit T1, wie sie gemäß der bevorzugten Ausführungsform aufgezeichnet wird, ist vorzugsweise das Mittel bzw. der Durchschnittswert dieser zwei Zeiten T1a, T1b.
4B zeigt ein Ionensignal, das durch eine Sammelelektrode eines Ionendetektors für ein einzelnes Ion, das an dem Ionendetektor ankommt, aufgezeichnet wird, wenn das Ion an dem Ionendetektor zur gleichen Zeit wie das Ion gemäß dem Beispiel in 4A an dem Ionendetektor ankommt, wobei jedoch das resultierende Ionensignal, das durch den Ionendetektor erzeugt wird, eine geringere Intensität hat, als das Ionensignal, das in 4A gezeigt ist. Die geringere Intensität des Ionensignals kann verursacht sein von der Pulshöhenverteilung des Ionendetektors. Die Ionenankunftszeit T2 zeigt die Ankunftszeit an, wie sie aufgezeichnet wird gemäß der bevorzugten Ausführungsform durch Mittelung der Zeiten T2a, T2b, zu denen die Anstiegsflanken und Abfallflanken des Ionensignals einen vorbestimmten Intensitätsschwellenwert kreuzen. In diesem Fall ist zu sehen, dass die Ionenankunftszeit T2, wie sie gemäß der bevorzugten Ausführungsform aufgezeichnet wird, identisch ist zur Ionenankunftszeit T1, wie sie aufgezeichnet wird gemäß dem in 4A gezeigten Beispiel. Dies zeigt die Fähigkeit der bevorzugten Ausführungsform, das Zeitzittern, das mit der Pulshöhenverteilung des Ionendetektors assoziiert bzw. verbunden ist, zu minimieren, was problematisch bei der Verwendung einer einfachen Anstiegsflankendetektion ist.
4C zeigt das resultierende Ionensignal, das durch eine Sammelelektrode eines Ionendetektors aufgezeichnet ist unter Verwendung des bevorzugten Verfahrens der Ionendetektion, wenn zwei Ionen an dem Ionendetektor zu ähnlichen Zeiten ankommen und die einzelnen Ionensignale zeitlich um weniger als der FWHM-Wert eines Ionensignals getrennt sind. Eine Ionenankunftszeit T3 wird gemäß der bevorzugten Ausführungsform aufgezeichnet durch Mittelung der Zeiten T3a, T3b, zu denen die Anstiegsflanken und Abfallflanken des Ionensignals einen vorbestimmten Intensitätsschwellenwert kreuzen. Die mittlere Ankunftszeit der kombinierten Ionensignale ist merklich hin zu längeren Flugzeiten verschoben und das bevorzugte Verfahren der Ionendetektion hat in korrekter Weise die Verschiebung in den Ankunftszeiten aufgezeichnet.
4D zeigt das resultierende Ionensignal, das durch eine Sammelelektrode eines Ionendetektors aufgezeichnet wird unter Verwendung des bevorzugten Verfahrens der Ionendetektion, wenn zwei Ionen an dem Ionendetektor zu leicht unterschiedlichen Zeiten ankommen und die individuellen Ionen zeitlich durch mehr als den FHWM-Wert eines einzelnen Ionensignals getrennt sind. Eine Ionenankunftszeit T4 wird gemäß der bevorzugten Ausführungsform durch Mittelung der Zeiten T4a, T4b, zu denen die Anstiegsflanken und Abfallflanken des Ionensignals einen vorbestimmten Intensitätsschwellenwert kreuzen, aufgezeichnet. Die mittlere Ankunftszeit des kombinierten Ionensignals ist merklich hin zu längeren Flugzeiten verschoben, und das bevorzugte Verfahren der Ionendetektion hat in korrekter Weise die Verschiebung der Ankunftszeit aufgezeichnet. Das resultierende histogrammierte Massenspektrum wird daher keine gegenteilige bzw. nachteilige Verschiebung in der Flugzeit auf Grund von Totzeiteffekten aufweisen. Das bevorzugte Verfahren zur Ionendetektion stellt daher einen wichtigen Fortschritt im Stand der Technik dar und ermöglicht ein signifikant verbessertes Ionendetektionssystem.
Ein Monte-Carlo-Modell, welches das Histogramm darstellt, das für einen Massenspektralpeak mit einem Masse-Ladungs-Verhältnis von 800 und einer Auflösung von 5000 (FWHM) erzeugt wurde, entsprechend einer Peakbreite bei halber Höhe von 200 ppm, wurde durchgeführt, um weiter die unterschiedlichen Verfahren zur Feststellung einer Ionenankunftszeit darzustellen. Das Modell bestand aus einem Signal, das für 10.000 Bündel bzw. Gruppen von Ionen mit einer Anzahl von 2 Ionen pro Gruppe generiert wurde. Unter Berücksichtigung einer Poisson-Verteilung von Ionen innerhalb der 10.000 Gruppen von Ionen wurde die Anzahl von einzelnen und mehrfachen Ionenankünften wie folgt festgestellt bzw. bestimmt: 2707 einzelne Ionenankünfte, 2707 doppelte Ionenankünfte, 1804 dreifache Ionenankünfte, 902 vierfache Ionenankünfte, 361 fünffache Ionenankünfte, 120 sechsfache Ionenankünfte, 34 siebenfache Ionenankünfte und 9 achtfache Ionenankünfte. Eine Gesamtzahl von 19976 Ionen wurde simuliert und die Anzahl von getrennten einzelnen und mehrfachen aufgezeichneten Ionenereignissen betrug 8644. Der Unterschied zwischen der Anzahl von Ereignissen, die tatsächlich aufgezeichnet wurde (8644) und der tatsächlichen Anzahl von Ionen, die simuliert wurde (19976) war bedingt durch Totzeiteffekte wie vorstehend beschrieben. Die Kenntnis der durchschnittlichen Anzahl von Ionen pro Gruppe ermöglichte, dass die aufgezeichnete Intensität unter Verwendung bekannter Verfahren der Totzeitkorrektur partiell korrigiert werden konnte.
Zum Zwecke der Simulation wurde jedes Ion mit einem FWHM-Wert von 2 ns und einer zufälligen Gauss'schen Höhenverteilung der äquivalent zu einer Pulshöhenverteilung von 150% erzeugt. Die Ankunftszeit für jedes Ion wurde auch aus einer Gauss-Verteilung mit einer mittleren Ankunftszeit von 33,1 ns und einem FWHM-Wert von 3,31 ns erzeugt.
Die Ionenankunftfeststellung unter Verwendung herkömmlicher einfacher Anstiegsflankendetektion, Anstiegsflankendetektion unter Verwendung eines Konstantfraktiondiskriminators und Peakspitzendetektion wurden simuliert. Das bevorzugte Verfahren der Detektion basierend auf der Detektion und dem Mitteln der Zeiten, zu denen Anstiegsflanken und Abfallflanken des Ionensignals einen Intensitätsschwellenwert kreuzen, wurde ebenfalls simuliert.
5 zeigt die Ergebnisse der Simulation unter Verwendung der einfachen Anstiegsflankendetektion mit einem festen voreingestellten Intensitätsschwellenwert. Durch die Simulation erzeugten Daten sind durch Histogramm dargestellt, und die durchgezogene Linie zeigt die erwartete (theoretische) Einhüllende, falls keine Verzerrung auf Grund von Totzeiteffekten aufgetreten ist. Die Höhe der unverzerrten Peak-Einhüllenden wurde auf die höchste Intensität in dem Histogramm, das durch die Simulation erzeugt wurde, normalisiert. Die gemessene ppm-Verschiebung in dem Masse-Ladungs-Verhältnis für die experimentellen Daten weg von der erwarteten Messung wurde als –44,5 ppm bestimmt. Der geschätzte Standardabweichungsfehler für diese Messung wurde bestimmt als ± 0,85 ppm.
6 zeigt die Ergebnisse der Simulation unter Verwendung eines Konstantfraktionsdiskriminators mit einem auf 10% der Höhe des kombinierten Signals eingestellten Schwellenwert. Durch die Simulation erzeugte Daten sind als Histogramm dargestellt, und die durchgezogene Linie zeigt die erwartete (theoretische) Peak-Einhüllende, falls keine Verzerrung aufgrund von Totzeiteffekten aufgetreten ist. Die Höhe der unverzerrten Peak-Einhüllenden wurde auf die höchste Intensität in dem Histogramm, das durch die Simulation erzeugt wurde, normalisiert. Die gemessene ppm-Verschiebung des Masse-Ladungs-Verhältnisses für die experimentellen Daten weg von der erwartenden Messung wurde als –33,2 ppm bestimmt. Der geschätzte Standardabweichungsfehler für diese Messung wurde auf + 0,85 ppm bestimmt.
7 zeigt die Ergebnisse der Simulation unter Verwendung eines Peakspitzendiskriminators. Durch die Simulation erzeugte Daten sind als Histogramm dargestellt, und die durchgezogene Linie zeigt die erwartete (theoretische) Peak-Einhüllende, falls keine Verzerrungen aufgund von Totzeiteffekten aufgetreten sind. Die Höhe der unverzerrten Peak-Einhüllenden wurde auf die höchste Intensität in dem Histogramm, das durch die Simulation erzeugt wurde, normalisiert. Die gemessene ppm-Verschiebung in dem Masse-Ladungs-Verhältnis für die experimentellen Daten weg von der erwartenden Messung wurde als –22,3 ppm bestimmt. Der geschätzte Standardabweichungsfehler für diese Messung wurde auf 0,85 ppm bestimmt.
8 zeigt die Ergebnisse der Simulation unter Verwendung des bevorzugten Verfahrens zur Feststellung der Ionenankunft. Durch Simulation erzeugte Daten sind als Histogramm dargestellt, und die durchgezogene Linie zeigt die erwartete (theoretische) Peak-Einhüllende, falls keine Verzerrung aufgrund von Totzeiteffekten aufgetreten sind. Die Höhe der unverzerrten Peak-Einhüllenden wurde auf die höchste Intensität in dem Histogramm, das durch die Simulation erzeugt wurde, normalisiert. Die gemessene ppm-Verschiebung des Masse-Ladungs-Verhältnisses für die experimentellen Daten weg von der erwartenden Messung wurde als –0,68 ppm d. h. (vernachlässigbar) bestimmt. Der geschätzte Standardabweichungspegel für diese Messung wurde auf + 0,85 ppm bestimmt.
In der bevorzugten Ausführungsform wird die Digitalelektronik innerhalb eines Multistop-TDC vorzugsweise zum Aufzeichnen der Zeiten, zu denen die Anstiegsflanken und die Abfallflanken des durch eine Sammelelektrode erzeugten Signals (entweder aufgrund einer einzelnen Ionenankunft oder einer Mehrfach-Ionenankunft) durch einen voreingestellten Intensitätsschwellenwert passieren bzw. hindurchlaufen, verwendet. Die TDC-Vorrichtung kann entweder Anstiegsflanken- oder Konstantfraktionsdiskriminierung zum Aufzeichnen der Zeiten, zu denen Anstiegsflanken und Abfallflanken einen bestimmten Schwellenwert überschreiten, verwenden. Ein einzelnes Flugzeit-Spektrum, das durch die TDC-Vorrichtung aufgezeichnet wird, wird aus Paaren von Anstiegsflanken- und Abfallflankenzeiten bestehen. Eine festgestellte Anstiegsflanke ist vorzugsweise mit der nächsten festgestellten Abfallflanke assoziiert. Die aufgezeichneten Zeiten können markiert werden, um Anstiegsflankenzeiten und Abfallflankenzeiten aufzuzeichnen.
Die Zeiten, die für die Anstiegsflanke und die Abfallflanke eines einzelnen Ionenereignisses aufgezeichnet werden, werden dann vorzugsweise Bemittelt, und eine Zählung von 1 wird vorzugsweise in ein Histogramm addiert, das der mittleren bzw. durchschnittlichen Ankunftszeit entspricht. Diese Prozedur wird vorzugsweise für das nächste Flugzeitspektrum wiederholt, bis ein vollständiges histogrammiertes Massenspektrum erzeugt ist.
In einer Ausführungsform kann das Signal von einer Ionenankunft an zwei separate TDC-Vorrichtungen oder eine zweite Eingabe einer einzelnen TDC-Vorrichtung gegeben werden. Die Anstiegsflanke kann unter Verwendung einer TDC-Vorrichtung aufgezeichnet werden, und die Abfallflanke kann unter Verwendung einer anderen TDC-Vorrichtung oder einer zweiten Eingabe einer einzelnen TDC-Vorrichtung aufgezeichnet werden. Die zwei Zeiten können Bemittelt werden, und ein Zählwert von 1 zu dem Histogramm, das dieser Durchschnittszeit entspricht, hinzuaddiert werden.
In einer Ausführungsform kann ein erster Konstantfraktionsdiskriminator verwendet werden, um die Anstiegsflanke festzustellen und ein zweiter Konstantfraktionsdiskriminator verwendet werden um die Abfallflanke festzustellen. Die Ausgabe bzw. das Ausgangssignal der Diskriminatoren kann unter Verwendung von einer oder mehreren TDC-Vorrichtungen oder einer Mehrfach-Eingabe-TDC-Vorrichtung aufgezeichnet werden.
In einer Ausführungsform kann die Digitalelektronik innerhalb einer TDC-Vorrichtung verwendet werden, um einen Zählwert von 1 in dem Histogramm für alle Zeitfenster bzw. Zeitbins, in denen ein Eingangssignal oberhalb eines voreingestellten Schwellenwertes ist, aufzuzeichnen. Für jedes Ionenankunftsereignis kann eine Serie von Eintragungen in dem Histogramm gemacht werden, die der Breite des Ankunftsereignisses über der voreingestellten Schwellenwert entsprechen. Peaks in dem abschließenden Histogramm, das eine signifikante Anzahl von Mehrfach-Ionenankünften umfaßt, werden breiter erscheinen als diejenigen Peaks mit im wesentlichen einzelnen Ionenankünften. Der Fehler in der Masse-Ladungs-Verhältnis-Zuordnung für die sich ergebenden bzw. resultierenden histogrammierten Peak wird wieder minimiert sein.
In einer weiteren, weniger bevorzugten Ausführungsform kann dieses Verfahren auf eine Analog-Digital-Aufzeichnungsvorrichtung (ADC) angewendet werden. Für ein einzelnes Ionenankunftsereignis kann der Punkt, an dem die Anstiegsflanke und die Abfallflanke des Signals einen vorbestimmten Schwellenwert kreuzt bzw. kreuzen, unter Verwendung eines ADC aufgezeichnet werden. In diesem Fall kann eine gewichtete durchschnittliche Ankunftszeit innerhalb der Zeitfenster, die durch die festgestellten Anstiegsflanken und Abfallflanken begrenzt werden, berechnet werden. Die Summe der Intensitäten sämtlicher Zeitfenster, die durch die Anstiegsflanken und die Abfallflanken begrenzt werden, können ebenfalls aufgezeichnet werden. Ein Histogramm kann dann konstruiert werden, das aus den Ereignissen besteht, die an der durchschnittlichen Ankunftszeit berechnet wurden, dies mit Höhen, die der für dieses Ereignis berechneten Gesamtintensität entsprechen. Beispielsweise ist für Zeiten t₁, t₂, ... t_n und assoziierte Intensitäten i₁, i₂, ... i_n die für ein einzelnes Ankunftsereignis über einen voreingestellten Intensitätsschwellenwert aufgezeichnet sind, das gewichtete Mittel T gegeben durch:
Obwohl gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Intensitätsschwellenwert für die Anstiegsflanken und Abfallflanken vorzugsweise der gleiche bleibt, wird gemäß einer weniger bevorzugten Ausführungsform in Erwägung gezogen, das der Intensitätsschwellenwert variieren kann, wenigstens leicht, in Abhängigkeit davon, ob eine Anstiegsflanke oder eine Abfallflanke hiermit verglichen wurde bzw. wird.
Gemäß der bevorzugten Ausführungsform werden die Zeiten des Ionensignals zum Kreuzen des Intensitätsschwellenwertes für die Anstiegsflanke und die Abfallflanke kombiniert und dann zur Erzeugung eines durchschnittlichen Wertes (Mittelwertes) durch zwei dividiert. Gemäß einer weniger bevorzugten Ausführungsform können die unterschiedlichen Zeiten auf andere Weisen kombiniert und/oder Bemittelt werden. Beispielsweise können beide Zeiten gewichtet werden, und irgendein anderer Durchschnittswert, der nicht der exakte Mittelwert ist, bestimmt oder approximiert werden.
Obwohl die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf bevorzugte Ausführungsformen beschrieben wurde, wird vom Fachmann zu verstehen sein, dass verschiedene Änderungen in der Form und in Einzelheiten gemacht werden können, ohne den Rahmen der Erfindung, wie es in den beigefügten Ansprüchen ausgeführt ist, zu verlassen.

Claims

Ionendetektor für ein Massenspektrometer, umfassend einen Detektor, der bei der Verwendung in Reaktion auf die Ankunft eines Ions oder mehrerer Ionen an dem Detektor ein Signal erzeugt; Mittel zur Feststellung einer ersten Zeit, zu der eine Anstiegsflanke oder eine ansteigende, erste oder initiale Flanke des Signals einen ersten Schwellenwert oder ein erstes Schwellenniveau kreuzt oder übersteigt; Mittel zur Feststellung einer zweiten Zeit, zu der eine Abfallflanke oder eine abfallende, zweite oder nachfolgende Flanke des Signals einen zweiten Schwellenwert oder ein zweites Schwellenniveau kreuzt oder unter dieses fällt; und Mittel zum Kombinieren oder Mitteln bzw. Durchschnittswertbilden der ersten und zweiten Zeit zur Bereitstellung einer Ionenankunftszeit.
Ionendetektor nach Anspruch 1, wobei der Detektor einen Kanalelektronenvervielfacher aufweist.
Ionendetektor nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Detektor eine oder mehrere Mikrokanalplatten aufweist.
Ionendetektor nach Anspruch 3, wobei der Detektor wenigstens zwei Mikrokanalplatten aufweist, die zur Bildung wenigstens eines pfeilförmigen Paares bzw. Chevronpaares von Mikrokanalplatten angeordnet sind.
Ionendetektor nach Anspruch 3 oder 4, wobei bei der Verwendung Ionen auf einer Eingangsfläche der einen oder der mehreren Mikrokanalplatte(n) empfangen werden, und Elektronen von einer Ausgangsfläche der einen oder mehreren Mikrokanalplatten abgegeben werden.
Ionendetektor nach Anspruch 5, ferner mit einer oder mehreren Sammelelektroden oder Anoden, die bei der Verwendung zur Aufnahme wenigstens einiger der Elektronen, die von der einen oder den mehreren Mikrokanalplatten abgegeben sind, eingerichtet sind.
Ionendetektor nach Anspruch 1, wobei der Detektor eine oder mehrere diskrete Dynodenelektronen vervielfacher aufweist.
Ionendetektor nach Anspruch 1, wobei der Detektor einen Scintillator oder einen Phosphorschirm bzw. phosphorisierenden Schirm aufweist.
Ionendetektor nach Anspruch 8, wobei der Detektor ferner einen Photovervielfacher aufweist.
Ionendetektor nach einen der vorstehenden Ansprüche, wobei der erste Schwellenwert oder das erste Niveau und/oder der zweite Schwellenwert oder das zweite Niveau einen Intensitätsschwellenwert oder ein Intensitätsniveau umfassen.
Ionendetetektor nach einen der vorstehenden Ansprüche, wobei der erste Schwellenwert oder das erste Niveau im Wesentlichen gleich ist dem zweiten Schwellenwert oder dem zweiten Niveau.
Ionendetektor nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei der erste Schwellenwert oder das erste Niveau sich von dem zweiten Schwellenwert oder Niveau wesentlich unterscheidet.
Ionendetektor nach einem der vorstehenden Ansprüche, ferner mit Mitteln zur Zuordnung bzw. Assoziierung einer Anstiegsflanke oder ansteigenden, ersten oder initialen Flanke des Signals mit bzw. zu der nächsten Abfallflanke oder abfallenden, zweiten oder nachfolgenden Flanke.
Ionendetektor nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei für den Fall, dass das Ionensignal vielfache Anstiegsflanken, ansteigende erste oder initiale Flanken und/oder vielfache Abfallflanken, zweite oder nachfolgende Flanken aufweist, eine Anstiegsflanke, ansteigende erste oder initiale Flanke mit einer Abfallflanke, abfallenden, zweiten oder nachfolgenden Flanke assoziiert wird, die zeitlich am nächsten zu der Anstiegsflanke, ansteigenden, ersten oder initialen Flanke ist.
Ionendetektor nach einem der vorstehenden Ansprüche, ferner mit einem ersten Zeit-Digital-Wandler zur Festellung der ersten und/oder zweiten Zeit.
Ionendetektor nach Anspruch 15, ferner mit einem zweiten Zeit-Digital-Wandler zur Feststellung der ersten Zeit und/oder zweiten Zeit.
Ionendetektor nach einem der Ansprüche 15 oder 16, bei dem der erste Zeit-Digital-Wandler und/oder der zweite Zeit-Digital-Wandler zur Verwendung einer Anstiegsflankendiskriminierung zur Feststellung der ersten Zeit und/oder der zweiten Zeit ausgebildet ist.
Ionendetektor nach einem der Ansprüche 15 oder 16, wobei der erste Zeit-Digital-Wandler und/oder der zweite Zeit-Digital-Wandler zur Verwendung einer Konstantfranktionsdiskriminierung zur Feststellung der ersten Zeit und/oder der zweiten Zeit ausgebildet ist.
Ionendetektor nach einem der vorstehenden Ansprüche, ferner mit einem ersten Analog-Digital-Wandler zur Feststellung der ersten Zeit und/oder der zweiten Zeit.
Ionendetektor nach Anspruch 19, ferner mit einem zweiten Analog-Digital-Wandler zur Feststellung der ersten Zeit und/oder der zweiten Zeit.
Massenspektrometer mit einem Ionendetektor nach einem der vorstehenden Ansprüche.
Massenspektrometer nach Anspruch 21, wobei das Massenspektrometer ein Flugzeit-Massenspektrometer aufweist.
Massenspektrometer nach Anspruch 21, wobei das Massenspektrometer ausgewählt ist aus der Guppe, die besteht aus: (i) Quadropolmassenanalysator; (ii) Penningmassenanalysator; (iii) Fouriertransformations-Ionenzyclotorn-Resonanz-Massenanalysator ("FTICR"); (iv) 2D- oder Linearquadropol-Ionenfalle; (v) Paul- oder 3D-Quadropolionenfalle; und (vi) Magnetsektor-Massenanalysator.
Massenspektrometer nach einem der Ansprüche 21, 22 oder 23, ferner mit einer Ionenquelle, die ausgewählt ist aus der Gruppe, die besteht aus: (i) Elektrospray-Ionisationsionenquelle ("ESI"); (ii) Atmosphärendruckionisationsionenquelle ("API"); (iii) Atmosphärendruck-Chemische-Ionisationsionenquelle ("APCI"); (iv) Atmosphärendruck-Photoionisations-Ionenquelle ("APPI"); (v) Laserdesorptionsionisations-Ionenquelle ("LDI"); (vi) induktiv gekoppelte Plasma-Ionenquelle ("ICP"); (vii) schnelle Atom-Beschießungsionenquelle ("FAB"); (viii) Flüssig-Sekundär-Ionenmassenspektrometrie-Ionenquelle ("LSIMS"); (ix) Feldionisations-Ionenquelle ("FI"); (x) Felddesorptions-Ionenquelle ("FD"); (xi) Elektronenauftreff-Ionenquelle ("EI"); (xii) chemische Ionisations-Ionenquelle ("CI"); (xiii) matrixunterstütze Laserdesorptions-Ionisations-Ionenquelle ("MALDI"); und (xiv) Desorptionsionisationsionenquelle auf Silicium ("DIOS ").
Massenspektrometer nach Anspruch 24, wobei die Ionenquelle kontinuierlich oder gepulst ausgebildet ist.
Ionendetektor für eine Massenspektrometer umfassend: einen Detektor, der bei der Verwendung ein Signal in Reaktion auf die Ankunft eines oder mehrerer Ionen an dem Detektor erzeugt; Mittel zur Feststellung einer ersten Zeit, zu der eine Anstiegsflanke, ansteigende, erste oder initiale Flanke des Signals einen ersten Schwellenwert oder ein erstes Niveau kreuzt oder übersteigt; Mittel zur Feststellung einer zweiten Zeit, zu der eine Abfallflanke, eine abfallende, zweite oder nachfolgende Flanke des Signals einen zweiten Schwellenwert oder ein zweites Niveau kreuzt oder unter diesen fällt; Mittel zur Durchschnittswertbildung bzw. Mittelung der Signalintensität zwischen der ersten und der zweiten Zeit zur Bereitstellung einer Ionenankunftszeit.
Ionendetektor nach Anspruch 26, wobei die Mittel zur Mittelung der Signalintensität zwischen der ersten und der zweiten Zeit eine gewichtete mittlere bzw. durchschnittliche Ionenankunftszeit bestimmen.
Ionendetektor nach Anspruch 27, wobei die Mittel zur Mittelung der Signalintensität zwischen der ersten und der zweiten Zeit eine gewichtete durchschnittliche Ionenankunftszeit innerhalb von Zeitfenstern, die durch die erste Zeit und die zweite Zeit begrenzt sind, bestimmen.
Ionendetektor nach Anspruch 28, wobei die Mittel zur Mittelung der Signalintensität zwischen der ersten und der zweiten Zeit die Summe sämtlicher Intensitäten von wenigstens 50%, 60%, 70%, 80%, 90%, 95% oder 100% der Zeitfenster, die durch die erste und die zweite Zeit begrenzt sind, bestimmen.
Ionendetektor nach einem der Ansprüche 26 bis 29, ferner mit einem ersten Analog-Digital-Wandler zur Feststellung bzw. Bestimmung der ersten Zeit und/oder zweiten Zeit.
Ionendetektor nach Anspruch 30, ferner mit einem zweiten Analog-Digital-Wandler zur Feststellung bzw. Bestimmung der ersten Zeit und/oder zweiten Zeit.